一种柔性复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性复合电极材料及其制备方法，属于柔性电子技术领域。本发明专利技术将有机线型聚合物与金属纳米线混合，使得金属纳米线分散于有机线型聚合物的网状结构中，然后选择性地在金属纳米线表面进行化学聚合形成导电聚合物，得到导电聚合物包裹金属纳米线的导电复合物，通过成膜工艺及成膜后的淬火处理，有利于导电复合物在有机线型聚合物网状结构中均匀分散并形成有效导电通道，从而在保证电极薄膜高导电性的同时获得高延展性。本发明专利技术提出的柔性复合电极薄膜材料能够保证在薄膜拉伸后其电学性能不发生明显变化，并且其制备工艺简单可控、成本低廉、流程可控，有利于实现大规模生产，在高性能柔性电子器件领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性复合电极材料及其制备方法
本专利技术属于柔性电子
，本专利技术特别涉及一种柔性复合电极材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，器件柔性化及轻薄化是现代电子产业发展的重要趋势，由于柔性电子器件突出的可延展性、适应性和便携性，使其成为了电子产业界和学术界的研究热点。相对于传统电子，柔性电子具有更大的灵活性，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足客户对于设备的形变要求；但是相应的技术要求同样制约了柔性电子的发展。首先，柔性电子在不损坏本身电子性能的基础上的伸展性和弯曲性，对电路的制作材料提出了新的挑战和要求；其次，相对于传统的电子器件而言，柔性电子的制备条件及其组成电路中各种电子器件的性能也是其发展的一大难题。在柔性电子器件中，电极薄膜材料是实现电子器件柔性化的关键组成部分，电极材料的高延展性及稳定性极大地影响到电子器件的性能。为了实现柔性电子器件的高延展性主要可以通过两个方向实现，一方面是使得传统的硅基半导体系统可拉伸化，问题在于硅是非常脆性的，几乎不可能被拉伸。另一方面是采用本身就高延展性的有机聚合物材料，但是由于目前的有机导电聚合物的电导率低、稳定性差，相较现有成熟的无机半导体材料而言差距明显，从而严重制约了高延展性、高导电性的柔性电极薄膜的制备。因此，亟需一种高延展性、高导电性的电极材料以推动柔性电子器件的快速发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种兼具高延展性和高导电性的柔性复合电极材料以及一种操作简单可控、能够大面积制备所述柔性复合电极材料的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：一方面本专利技术提供一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述柔性复合电极材料由有机线型聚合物、导电聚合物和金属纳米线构成，所述导电聚合物包覆在金属纳米线表面形成以金属纳米线为核，导电聚合物为壳的同轴异质结构，所述同轴异质结构分散于有机线型聚合物网络中形成复合材料。进一步地，本专利技术中有机线型聚合物优选为季铵盐类阳离子聚合物，季铵盐类阳离子聚合物包括但不限于聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯氯化铵或者聚二甲基二烯丙基氯化铵。进一步地，本专利技术中有机线型聚合物优选为酰胺类阳离子聚合物；酰胺类阳离子聚合物包括但不限于聚丙烯酰胺。进一步地，本专利技术中金属纳米线为银纳米线、金纳米线或者铜纳米线，金属纳米线的直径为100～300nm。进一步地，本专利技术中导电聚合物单体为苯胺单体及其衍生物、吡咯单体及其衍生物、噻吩单体及其衍生物或者3,4-乙烯二氧噻吩及其衍生物。另一方面本专利技术提供一种柔性复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括：将有机线型聚合物与金属纳米线混合均匀，在有机线型聚合物与金属纳米线形成的混合体系中加入聚合助剂混合均匀，再加入导电聚合物单体发生聚合反应，得到由有机线型聚合物、导电聚合物和金属纳米线三者构成的复合薄膜，将所述复合薄膜进行淬火处理，即制得高延展性复合电极材料。进一步地，本专利技术中聚合反应可以采用液相反应体系，即将导电聚合物单体加入至由有机线型聚合物、金属纳米线、聚合助剂和导电聚合物单体相混合形成的液相混合体系中反应，也可以采用气相反应体系，即将由有机线型聚合物、金属纳米线和聚合助剂形成的液相混合体系先制成薄膜后再置于导电聚合物单体气氛中发生聚合反应。气相反应体系相较液相反应体系而言，反应物之间接触面积更大，粒子运动更快，能够实现充分反应，制得的导电聚合物与金属纳米线的结合更加致密，因而具有良好导电性。进一步地，在将有机线型聚合物与金属纳米线混合的步骤之前，还包括采用硅烷类化合物对金属纳米线进行表面预处理。进一步地，本专利技术中有机线型聚合物的浓度为85wt％～95wt％。进一步地，本专利技术中有机线型聚合物优选为季铵盐类阳离子聚合物，季铵盐类阳离子聚合物包括但不限于聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯氯化铵或者聚二甲基二烯丙基氯化铵。进一步地，本专利技术中有机线型聚合物优选为酰胺类阳离子聚合物；酰胺类阳离子聚合物包括但不限于聚丙烯酰胺。进一步地，本专利技术中金属纳米线与有机线型聚合物的质量比为2∶3～10；氧化剂的质量与有机线型聚合物和金属纳米线二者的总质量之比为1∶7～18。进一步地，本专利技术中金属纳米线为银纳米线、金纳米线或者铜纳米线，金属纳米线的直径为100～300nm。进一步地，本专利技术中导电聚合物单体为苯胺单体及其衍生物、吡咯单体及其衍生物、噻吩单体及其衍生物或者3,4-乙烯二氧噻吩及其衍生物。进一步地，本专利技术中聚合助剂为氧化剂，引发导电聚合物单体进行化学聚合，针对不同的导电聚合物单体，其聚合助剂不同，如苯胺单体可采用过硫酸铵，吡咯单体可采用氯化铁，噻吩单体可用对甲苯磺酸铁等。进一步地，本专利技术中淬火处理的具体操作为：将所述复合薄膜加热至180℃～250并恒温10分钟，然后以15～30℃/分钟的降温速率快速降至室温，重复上述先升温后维持恒温再快速降温的过程3～5次。本专利技术的原理详述如下；本专利技术首先采用硅烷类化合物对金属纳米线进行表面预处理，使得金属纳米线易于吸附单体，然后采用高延展性有机线型聚合物，其结构中富含孔洞，在液相体系中使得金属纳米线分散于有机线型聚合物的网状结构中，然后再进行化学聚合反应，由于金属纳米线表面易于吸附单体，在化学聚合反应过程中金属纳米线表面活性高，导电聚合物单体选择性地在金属纳米线表面聚合形成导电聚合物，从而形成以金属纳米线为核，导电聚合物单体为壳的同轴异质结构的导电复合物，进一步地通过淬火处理分散导电复合物，由于本专利技术所用有机线型聚合物的浓度较高，升高温度后呈现熔融状态，有利于导电聚合物包裹金属纳米线形成的导电复合物有效分散于有机线型聚合物网络中并形成有效导电通道，从而在保证电极薄膜高导电性的同时获得高延展性。相比现有技术，本专利技术的有益效果是：(1).本专利技术提出的高延展性柔性复合电极材料是以具有众多孔洞的有机线型聚合物作为骨架，这类聚合物具有较高的拉伸强度，同时在淬火处理中会形成熔融状态，有利于导电聚合物包裹金属纳米线所形成的复合导电结构有效分散于骨架中，从而制成具有高延展性且可剥离的柔性电极薄膜材料，本专利技术提出的柔性复合电极薄膜材料能够保证在薄膜拉伸后其电学性能不发生明显变化，根据本专利技术实施例，在承受30KPa拉力(横向/纵向)情况下，复合电极薄膜的电导率维持为初始值的95％以上，有效拉伸次数大于3000次。由此可以看出，本专利技术提出的柔性复合电极材料在高性能柔性电子器件领域具有广阔的应用前景。(2).本专利技术提出的高延展性柔性复合电极材料中导电相位为金属纳米线和导电聚合物，金属纳米线分散于有机线型聚合物骨架中，通过表面预处理使得导电聚合物单体选择性地在金属纳米线表面进行聚合从而形成导电聚合物包裹金属纳米线的同轴异质复合结构，这一复合结构能够有效改善电极薄膜的导电稳定性。(3).本专利技术提出的高延展性柔性复合电极材料的制备工艺简单可控、成本低廉、流程可控，有利于实现大规模生产。具体实施方式下面结合具体实施例详细说明本专利技术制备高延展性复合电极材料的具体步骤：实施例1：一种柔性复合电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1：称取10mg金纳米线溶于乙硅烷溶液中，磁力搅拌30分钟后取出烘干备用，乙硅烷的疏水基团能够有效吸附聚合物单体而且不会影响金纳米线的性能，从而有利于在后续化学聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述柔性复合电极材料由有机线型聚合物、导电聚合物和金属纳米线构成，所述导电聚合物包覆在金属纳米线表面形成以金属纳米线为核，导电聚合物为壳的同轴异质结构，所述同轴异质结构分散于有机线型聚合物网络中形成复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述柔性复合电极材料由有机线型聚合物、导电聚合物和金属纳米线构成，所述导电聚合物包覆在金属纳米线表面形成以金属纳米线为核，导电聚合物为壳的同轴异质结构，所述同轴异质结构分散于有机线型聚合物网络中形成复合材料。2.根据权利要求1所述的一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述有机线型聚合物为季铵盐类阳离子聚合物或者酰胺类阳离子聚合物。3.根据权利要求1所述的一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述季铵盐类阳离子聚合物为聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯氯化铵或者聚二甲基二烯丙基氯化铵；所述酰胺类阳离子聚合物为聚丙烯酰胺。4.根据权利要求1所述的一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述金属纳米线为银纳米线、金纳米线或者铜纳米线，金属纳米线的直径为100～300nm。5.根据权利要求1所述的一种柔性复合电极材料，其特征在于：所述导电聚合物单体为苯胺单体及其衍生物、吡咯单体及其衍生物、噻吩单体及其衍生物或者3,4-乙烯二氧噻吩及其衍生物。6.根据权利要求1至5任一项所述的一种柔性复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将有机线型聚合物与金属纳米线混合均匀，在有机线型聚合物与金属纳米线形成的混合体系中加入聚合助剂混合均匀，再加入导电聚合物单体发生聚合反应，得到由有机线型聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚杰，李世源，李海洲，杨文耀，徐建华，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51